乾式電力變壓器的製作方法

2023-10-08 02:28:59 3

專利名稱：乾式電力變壓器的製作方法
技術領域：
本公開內容涉及一種具有改善的性能以及優化的結構的乾式電力變壓器。
背景技術：
本領域中眾所周知的是，使用乾式變壓器，S卩，電感應裝置，其利用電磁感應來經由電力線適當地輸電和配電。具體地，各種類型的功率變壓器同樣共有的乾式電力變壓器的基本任務是使得能夠在通常具有不同電壓的兩個或更多個電力系統之間交換電能。最常見的乾式變壓器通常包括由一個或更多個臂(leg)或柱(limb)組成的磁芯， 該一個或更多個臂或柱通過共同形成一個或更多個芯窗口(core window)的磁軛連接；對於每個相，在臂周圍布置有許多繞組，即，低壓繞組、高壓繞組。相繞組通常通過用適合的導體(例如，導線、或線纜、或條)纏繞芯的相應臂來實現，以達到期望的匝數。帶電部件的冷卻藉助於空氣來實現。由於這些裝置的固有結構特性和功能，一個非常重要的方面涉及每個相的低壓(LV)繞組與高壓(HV)繞組之間的距離。當然，一方面，這樣的距離應該足夠大，以使得具有足以進行空氣冷卻的空間，並且更重要的是以增大電場並因此增大繞組可以支持的電壓，而不會在繞組之間產生任何放電，以便完全符合國際規則和質量鑑定試驗。而另一方面，該距離越大，變壓器的總材料成本就越高。具體地，LV繞組與HV繞組之間的更大的距離增加了變壓器的阻抗，因此，對變壓器的期望電磁性能有負面影響，從而需要例如增加磁芯尺寸來應對這種負面影響。在該技術的當前狀態下，儘管所採取的解決方案使得能夠實現可觀的結果，但是仍然存在可以優化且在技術上得到改進的一些方面，尤其是對於相繞組之間的構造布局。

實用新型內容因此，本公開內容的目的是提供一種乾式電力變壓器，其構造結構相對於等同類型的已知感應裝置而言進行了優化，尤其在每個相的繞組之間的距離和構造布局方面。該目的是通過一種乾式電力變壓器來實現的，該乾式電力變壓器的特徵在於，其包括-磁芯；-至少一個內繞組，其布置在所述磁芯的一部分周圍，並且具有第一額定電壓；-至少一個外繞組，其布置在所述至少一個內繞組周圍，並且具有與所述第一額定電壓不同的第二額定電壓，其中，所述至少一個外繞組與所述至少一個內繞組間隔開，以在所述至少一個外繞組與所述至少一個內繞組之間形成期望的總氣隙；-多個電絕緣障壁(barrier)，其位於所述內繞組和所述外繞組之間，並且彼此間隔開且與所述內繞組和所述外繞組間隔開，以使所述總氣隙劃分成多個子氣隙。[0017]根據以下描述，顯而易見的是，多個電絕緣障壁可以由結構上彼此分離的部件來形成或者由置於繞組之間的單個部件來形成，以便在繞組之間形成多個障壁。

參照以下描述、所附權利要求和附圖，將更好地理解本公開內容的其他特徵、方面和優點，在附圖中圖I是根據本公開內容的示例性三相干式電力變壓器的圖，其中，為了更好地示出一些細節而削減了一個相；圖2是示意性地示出了在根據本公開內容的乾式電力變壓器中所使用的相繞組組件的第一可能實施例的俯視圖；圖3是示意性地示出了在根據本公開內容的乾式電力變壓器中所使用的相繞組組件的第二可能實施例的俯視圖；圖4是示意性地示出了在根據本公開內容的乾式電力變壓器中所使用的相繞組組件的第三可能實施例的俯視圖；圖5是示意性地示出了在根據本公開內容的乾式電力變壓器中所使用的相繞組組件的第四可能實施例的俯視圖； 圖6示意性地示出了圖2或圖3的實施例的橫向截面；以及圖7示意性地示出了圖4或圖5的實施例的橫向截面；
具體實施方式
為了簡明起見，下文中將通過僅參照一個電相來描述根據本公開內容的乾式電力變壓器；明顯地，這樣的描述和本公開內容的特徵同樣可應用於乾式變壓器的任意相，而與相的數量無關。參照以上提及的附圖，由附圖標記100整體表示的、根據本公開內容的乾式電力變壓器包括與支撐結構可操作地耦連的磁芯200。在所示的示例性實施例中，磁芯200包括每個相的一個臂201,即包括三個,其中，根據本領域中眾所周知的構造配置，臂201通過磁軛相互連接，因此，在此將不詳細描述。支撐結構例如又可包括位於芯的相對側上的一對夾具(clamp) 101，並且可以通過一個或多個例如系杆(tie-rod)的垂直連接元件連接；明顯地，根據本領域技術人員可容易得到的各種解決方案，支撐結構也可具有不同的形狀或者包括附加的或替選的部件。如圖2至圖5中更好地示出的，對於每個相，在磁芯200周圍(具體地，在每個臂201周圍)布置有具有第一額定電壓的至少一個內繞組10、以及布置在內繞組10周圍並且具有第二額定電壓的至少一個外繞組20，其中，優選地，該第二額定電壓大於所述第一額定電壓；例如，內繞組10的額定電壓可以是0. 4kV，而外繞組20的額定電壓可以是20kV。儘管國際標準一般將低壓應用領域定義為電壓電平達到IkV的領域、以及將高壓應用領域定義為電壓電平大於IkV的領域，但是在本公開內容中的這種類型的感應裝置的技術領域中，通常將外繞組20表示為高壓繞組，而通常將內繞組10表示為低壓繞組，並且在以下描述中使用這些定義。具體地，內繞組10和外繞組20同軸地置於磁芯200的相應部分(即，臂201)周圍，並且彼此間隔開以在內繞組10與外繞組20之間形成期望的總氣隙(A)，即相對於臂201的縱軸202垂直地測量出的距離。用於內繞組10和外繞組20的一個或多個支撐塊103位於繞組10、20自身的上方和下方。有利地，根據本公開內容的變壓器100包括多個電絕緣障壁2、3、4、. . . n，這些電絕緣障壁位於LV繞組10與HV繞組20之間，並且彼此間隔 開且與內繞組10和外繞組20間隔開，以使總氣隙(A)或者這樣的繞組10、20之間的距離劃分成多個子氣隙VA2、. ..An,如在圖6和圖I中更好地示出。例如，這樣的障壁2、3、4、. . . n由諸如NOMEX的電絕緣材料的薄片或膜形成，其厚度例如可以在0. 8_與I. 5_之間變化；此外，優選地，障壁具有粗糙且深色的表面。這樣，由於熱輻射在表面的增加，可以改善變壓器的冷卻。優選地，如圖6和圖I中所示意性地示出的，每個電絕緣障壁2、3、4、. . . n的高度(H1)均大於同軸的LV繞組10和HV繞組20的高度(H2);這樣的高度(H1)和(H2)是沿著臂201的垂直延伸(即，基本平行於其縱軸202)而測出的。根據特別優選的實施例，多個電絕緣障壁包括至少三個障壁2、3、4，如在圖2至圖7的實施例中所示；明顯地，基於應用，可以增加障壁的數量。可替選地，可以僅具有兩個電絕緣障壁。在圖2至圖4中所示的一個可能的實施例中，電絕緣障壁2、3、4彼此同軸布置，並且關於各個臂201尤其關於其基準縱軸202而與LV繞組10和HV繞組20同軸布置。可替選地，如圖5的示例實施例中所示，電絕緣障壁2、3、4關於各個臂201尤其關於其基準縱軸202而成螺旋形地布置在內繞組10與外繞組20之間。優選地，當使用三個或更多個電絕緣障壁時，這樣的障壁相對於彼此放置，以使得形成在相鄰的兩個電絕緣障壁(例如，所示的實施例的障壁2-3以及障壁3-4)之間的子氣隙(sub-air gap)或距離(Ax、K2'…k)彼此基本相等。更優選地，電絕緣障壁(2、3、4、...n)相對於彼此放置且位於內繞組10與外繞組20之間，以使LV繞組10與HV繞組20之間的總氣隙或距離(A)劃分成多個基本相等的子氣隙(Ai、A2、...An)。根據特別優選的實施例，每個子氣隙約為10_，總之，優選地，不大於15mm。應理解，每個氣隙是通過以每個障壁2、3、4的厚度的中心線為基準來測量的；因此,例如,在圖2的實施例中，氣隙A1是LV繞組10的外表面與內障壁2的中心線之間的距離；氣隙A2是內障壁2和相鄰的障壁3各自的中心線之間的距離；氣隙An是HV繞組20的內表面與外障壁4的中心線之間的距離。優選地，每個絕緣障壁與相鄰的絕緣障壁之間設置有相應的隔離物(spacer)組(5、6、. . . n)，該隔離物組插入相鄰的障壁的各個面之間並且與相鄰的障壁的各個面連接；例如，在圖2至圖7示出的實施例中，在內障壁2與中間障壁3之間有第一組隔離物5，以及在中間障壁3與外障壁4之間有第二組隔離物6。優選地，如圖3至圖5中所示，關於圖4中由基準線203表示的徑向，例如，基本垂直於基準軸202的方向(在圖紙的平面內)，隔離物組中的隔離物(例如，隔離物5)與相鄰的隔離物組中的隔離物(例如，隔離物6)偏離。可替選地，如圖2中所示，一組隔離物5中的每個隔離物5均與相鄰的一組隔離物6中的相應隔離物6徑向對齊。這樣的隔離物5、6、. . . n由諸如塑料或複合材料(例如，玻璃纖維和環氧樹脂)的電絕緣材料形成， 並且可以具有圖中所示的固體棒或肋條(rib)的形式。優選地，當這樣的隔離物由棒或肋條形成時，其具有高度(H3)，如圖6和7中示意性地示出的，高度(H3)小於同軸的LV繞組10和HV繞組20的高度(H2);如之前所示，高度(H3)是沿著臂201的垂直延伸(即，基本平行於其縱軸202)而測出的。可替選地或者此外，可以將例如為圖6中由附圖標記41示意性地示出的形狀或小塊(或者甚至夾子或鉚釘)的一些隔離物定位在絕緣障壁(2、3、4、...n)的一端或兩端處，在這種情況下，電場很小。這些隔離物41彼此連接且與障壁(2、3、4、...n)相鄰。這樣，不穿透具有更高電場的區域。根據一個可能的實施例，電絕緣障壁(2、3、4、...n)可以可操作地直接連接到支撐LV繞組10和HV繞組20的塊103並且由其(或者由頂部和底部塊，或者僅由底部塊103)支撐；例如，障壁可以進入頂部和/或底部塊103的適合的槽中或者僅靠在置於底部部分的那些塊上，或者兩種方式都有，即進入頂部塊103的槽中並且靠在底部塊103上，或者為任何其他可能的替選方式。可替選地或者此外，可以使用一些元件(例如，小塊形式的隔離物)，並且這些元件可以可操作地連接到障壁(2、3、4、. . . n)和支撐塊103 ;此外，在這種情況下，也可以僅在障壁的一邊(例如，底邊)或者在兩邊處使用這樣的小塊。這些小塊可以機械地附接到支撐塊103，優選地，僅附接到底部塊103和/或頂部塊103，或者它們可以附接到頂部支撐塊103並且可以靠在底部支撐塊103上。此外，除了以上可能性外或作為以上可能性的替選方案，還可以使用另外的一些固定元件，諸如可以以例如插入或夾拍(clip-clap)方式與障壁連接的夾子,或者甚至可以使用鉚釘。此外，這些夾子或鉚釘可以僅靠在支撐塊(例如，底部支撐塊)上，或者可以可操作地(例如，機械地)連接到底部支撐塊103和/或頂部支撐塊103。這樣，可以增加每個障壁的固定點，從而改善總的機械穩定性。作為整體的結果，根據非常簡單且節省成本的布置，增大了整個圓柱形和硬度，並且支撐點遠離具有更高電場的區域。根據這些實施例，可使用或不使用相鄰障壁之間的隔離物組(5、6、. . . n)。根據圖4、圖5和圖7中示出的不同實施例，電絕緣障壁2、3、4、...n可操作地連接到內繞組10並且由該內繞組10支撐。在這種情況下，優選地，變壓器100包括另一組支撐隔離物40，該組支撐隔離物40插入內繞組10與多個電絕緣障壁2、3、4、. . . n中的內電絕緣障壁2之間，並且可操作地連接到內繞組10和多個電絕緣障壁2、3、4、. . . n中的內電絕緣障壁2。此外，這些隔離物40具有比同軸的LV繞組10和HV繞組20的高度(H2)小的高度，例如，隔離物5、6的相同高度(H3);另外，優選地，這樣的隔離物40可以被定位成關於徑向203與相鄰的隔離物組中的隔離物(即，隔離物5)偏離。可替選地，該組支撐隔離物中的每個隔離物40均可與相鄰的一組隔離物5中的相應隔離物5徑向對齊。實際上，已經發現，根據本公開內容的乾式電力變壓器完全實現了相對於相同類型的已知變壓器給予某些顯著優點和改進的預定目標。當然，在相繞組之間使用絕緣障壁使得將總氣隙劃分成一定數量的較小的子氣隙；相對於已知的變壓器，這些較小的子氣隙可以承受與已知變壓器相比更高的電場，從而導致總氣隙的顯著減小，並因此節省了材料成本和空載損耗。具體地，根據所提出的公開內容，與相同類型和相同額定電壓電平的現有技術解決方案相比，總氣隙減小至約65-70%。這樣構思的乾式電力變壓器容許有大量的改進和變型，其全部落入權利要求中所限定的實用新型構思的範圍內；例如，僅針對所示出的一些實施例所描述的特徵可以用於本文所公開的任何實施例中；可根據應用改變隔離物和/或障壁的形狀和/或材料·和/或數量，只要其與本公開內容的範圍兼容。最後，所有細節可以進一步以技術上等同的其他元件替代，並且材料和尺寸可以是根據要求和技術狀態的任意材料和尺寸，只要其與應用的範圍和應用中的功能兼容。
權利要求1.一種乾式電力變壓器(100),其特徵在於,包括 -磁芯(200)； -至少一個內繞組(10)，其布置在所述磁芯(200)的一部分周圍，並且具有第一額定電壓； -至少一個外繞組(20)，其布置在所述至少一個內繞組(10)周圍，並且具有與所述第一額定電壓不同的第二額定電壓，其中，所述至少一個外繞組(20)與所述至少一個內繞組(10)間隔開，以在所述至少一個外繞組與所述至少一個內繞組之間形成期望的總氣隙(A); -多個電絕緣障壁(2、3、4、…η)，其位於所述內繞組與所述外繞組(10、20)之間，並且彼此間隔開且與所述內繞組和所述外繞組(10、20)間隔開，以使所述總氣隙(A)劃分成多個子氣隙(Ai、A2、…八^。
2.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述多個電絕緣障壁(2、3、.4、…η)包括兩個障壁。
3.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述多個電絕緣障壁(2、3、.4、…η)包括至少三個障壁。
4.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述電絕緣障壁(2、3、4、…η)具有粗糙的表面。
5.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述多個電絕緣障壁(2、3、.4、…η)位於所述內繞組和所述外繞組(10、20)之間，以使所述總氣隙(A)劃分成多個基本相等的子氣隙(ApΑ2、...Αη)。
6.根據權利要求5所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述基本相等的子氣隙(ApA2、-An)均具有約IOmm的值。
7.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述電絕緣障壁(2、3、4、…η)彼此同軸布置，並且關於所述磁芯(200)的所述一部分與所述內繞組和所述外繞組(10、.20)同軸布置。
8.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述電絕緣障壁(2、3、4、…η)成螺旋形地布置在所述內繞組和所述外繞組(10、20)之間。
9.根據權利要求1-8中的任一項所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述乾式電力變壓器包括用於所述內繞組(10 )或所述外繞組(20 )的一個或多個支撐塊(103 )，並且所述電絕緣障壁(2、3、4、…η)可操作地連接到所述支撐塊(103)且由所述支撐塊(103)支撐。
10.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述電絕緣障壁(2、3、4、…η)可操作地連接到所述至少一個內繞組(10)且由所述至少一個內繞組(10)支撐。
11.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，每個絕緣障壁(2、3、4、-η)與相鄰的絕緣障壁(2、3、4、…η)之間設置有相應的隔離物組(5、6、-η)0
12.根據權利要求11所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，隔離物組(5)中的每個隔離物與相鄰的隔離物組(6)中的相應隔離物徑向偏離。
13.根據權利要求11所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，隔離物組(5)中的每個隔離物與相鄰的隔離物組(6)中的相應隔離物徑向對齊。
14.根據權利要求9所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述乾式電力變壓器包括多個支撐隔離物(40)，所述多個支撐隔離物插入所述內繞組(10)與所述多個電絕緣障壁(2、.3、4、…η)中的內電絕緣障壁之間，並且可操作地連接到所述內繞組(10)和所述多個電絕緣障壁(2、3、4、…η)中的內電絕緣障壁。
15.根據權利要求11所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，每組隔離物(5、6、…η)中的隔離物的高度小於所述內繞組和所述外繞組(IO、20 )的高度。
16.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述多個電絕緣障壁(2、3、.4、…η)中的每個電絕緣障壁的高度均大於所述內繞組和所述外繞組(10、20)的高度。
17.根據權利要求I所述的乾式電力變壓器，其特徵在於，所述乾式電力變壓器包括隔離物(41)，所述隔離物在所述絕緣障壁(2、3、4、…η)自身的一端或兩端處位於相鄰的電絕緣障壁之間。
專利摘要本實用新型提供了一種乾式電力變壓器。該乾式電力變壓器包括磁芯、內繞組、至少一個外繞組，其中，該內繞組布置在磁芯的一部分周圍並且具有第一額定電壓，該至少一個外繞組布置在內繞組周圍並且具有與第一額定電壓不同的第二額定電壓，其中外繞組與內繞組間隔開以在外繞組與內繞組之間形成期望的總氣隙。多個電絕緣障壁位於內繞組與外繞組之間，並且彼此間隔開且與繞組間隔開，以使總氣隙劃分成多個子氣隙。
文檔編號H01F27/30GK202534479SQ20112045707
公開日2012年11月14日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者卡洛斯·羅伊, 拉斐爾·穆裡洛 申請人:Abb技術有限公司